唐跃瑜
阿坝水电开发有限公司 四川 阿坝623503
摘要：简述了阿坝水电开发有限公司色尔古水电站水轮发电机组由原ZL-088型励磁装置改造为广科所EXC9200型励磁装置的思路和目的，介绍了技术改造后该系统的结构、性能、功能；并对该系统改造后的成效进行了简单总结。
关键词：励磁：改造：励磁调节控制器：均流：
0 引言
阿坝水电开发有限公司色尔古水电站全部机组于2009年建成投产，电站装机容量为3×50MW，励磁系统原采用武汉洪山电工科技有限公司ZL-088型自并励双通道微处理器励磁装置。ZL-088型双通道微机励磁系统由HWJT-08D型励磁调节器柜、HGL-01型强迫风冷可控硅功率柜、HMC-01型灭磁及转子过电压保护柜、励磁变压器及附件组成。其设备元器件老化严重，已不能满足系统和机组安全、稳定、快速响应的运行生产要求。阿坝水电开发有限公司经多方调研和可行性方案论证后于2016年12月对电站励磁系统进行改造，改造后通过了试验和验收，现励磁系统运行稳定。
1 技术改造的思路和目的
1.1改造思路
色尔古水电站励磁系统改造前运行时多次出现开机并网过程中，由电压偏低或偏高而导致的同期失败，无法准时并网发电，曾出现无功由0Mvar突然飙升至20Mvar且无法调节的故障，从而产生较多超欠发电量；其功率柜采用常规均流方式，随着元器件的老化，性能及参数的变化，均流效果很差；其工控机的程序老旧，无实时记录功能，以致影响对事故判断的准确性；由于设备可靠性下降，故障率逐年增多，经常出现有功、无功不可控的工况，运行参数整定修改难；所以决定对励磁系统进行技术改造。
1.2改造目的
综合考虑经济因素和技术条件，本次改造保留励磁变压器回路部件，选用广州擎天实业有限公司生产的EXC9200双微机智能励磁系统，并利用原结构布置，将原励磁调节柜、功率柜、灭磁柜整体更换为新的调节柜、功率柜、灭磁柜。改造后的励磁系统采用自并励可控硅整流励磁方式。自并励可控硅整流系统，由功率整流装置（三相全控桥）、灭磁装置、转子过电压保护装置、微机励磁调节器、励磁系统监控装置、辅助功能单元、起励装置、励磁控制、电源装置等部分组成。
2 改造后励磁主回路的构成及功能
2.1结构概述
EXC9200 型励磁系统采用分布式控制方式，各控制板件具备CAN 总线能力，或光纤点对点通信能力。系统内部通信互连方式可选用两种方案之一：一是采用CAN 总线互连方式，二是采用光纤通信互连方式。系统内部具有双CAN 总线，一是调节器及开入开出板的连接采样专用CAN 总线；二是调节器与其他控制板件间通过系统CAN 总线进行信息交互。系统内部光纤通信互连采用点对点通信方式，各控制板件的信息（不包括脉冲信号）通过光纤信息交互控制板进行通信，增加电磁抗干扰能力，提高系统信号传输的可靠性。
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2.1主要功能
2.1.1励磁调节器单元
励磁调节器采用具有独立的数字/模拟双通道冗余、两种不同的调节组态模式。每个调节通道配一套独立的智能化故障检测系统，调节器采用多CPU模式协同工作，具有分工合理、运算速度快、功耗低的特点。调节器人机界面采用一体化工控平板机，具有多层三维汉化画面，不仅可以直观地显示励磁系统的运行工况，也可用作现场调试工具，实现智能化调试。
系统采用双微机通道，每套微机励磁调节器具备有以下功能：
（1）按发电机机端电压偏差进行PID-PSS2A调节的自动励磁调节功能，以发电机励磁电流作为反馈量的手动调节功能；
（2）励磁调节器设辅助单元，如过励限制单元、欠励限制单元、系统电压跟踪单元、V/Hz限制单元、电力系统稳定器(PSS-2A)单元、发电机PT电压消失保护单元等；
（3）软件实现调差、软件实现发电机电压数字给定、软件实现脉冲形成、移相触发控制功能；
（4）故障检测和通道自动切换；
（5）具有试验录波和故障录波功能，具有自启停功能；
（6）设置相应的脉冲监视信号；
（7）调节器设置静止型电压给定装置。给定电压变化速率为每秒不大于空载额定电压的1%，每秒不小于空载额定电压的0.3%；
（8）自动励磁调节器能在发电机空载额定电压的10%～110%范围内进行稳定、平滑地调节。
2.1.2 灭磁及过电压回路
灭磁柜采用智能控制系统，取消常规表计和指示灯，灭磁柜的操作、控制、状态监视、信息传递、信息显示、试验等均实现智能化。
励磁系统在发电机机正常停机时采用逆变灭磁方式，无需跳灭磁开关；在事故情况投入灭磁开关，将转子磁场能量转移到灭磁电阻上灭磁。
励磁系统直流主回路的灭磁开关采用ABB E1B/E 1250A作为发电机投、切励磁和事故灭磁时用。灭磁开关操作机构具有电气和机械防跳装置。灭磁开关在发电机空载、额定负荷、短路及可控硅失控、强励时可靠地庶断发电机的励磁电流，灭磁开关的额定电流、电压不小于发电机连续过负荷状态下的电流、电压。灭磁开关灭磁时采用直流220V的电磁操作机构。灭磁开关灭磁时保持励磁绕组两端的电压瞬时值不超过交接验收对地试验电压幅值的50%。在机组任何运行状态下，机组事故停机时灭磁开关完全能迅速、可靠动作并切除励磁电流。
2.1.3 功率柜
功率柜采用智能化的模式，实现工况检测智能化、工况显示智能化、信息传输智能化、控制智能化、智能退柜、智能均流等功能。智能化方案为功率柜提供全方位监测，能大大简化功率柜的操作回路，功率柜的任一种故障信号、任一个状态信号均可通过总线方式输出。功率柜采用智能均流技术，能确保并联运行功率柜均流系数大于95%。
3 现场试验及效果
改造升级后，在现场对励磁系统进行了试验，效果如下：
(1)起励试验。起励平稳可靠，起励超调量为0.15%，起励时间为2.5 秒。
(2)灭磁试验。正常停机灭磁时，无需跳灭磁开关，从而降低了灭磁开关的磨损，减少了合闸冲击，延长直流电源的寿命。
(3)甩负荷试验。能自动快速的减小励磁电流，抑制过电压，维持发电机电压稳定。
(4)故障诊断。进行了在发电状态下，断开和恢复测量PT 线、运行方式的切换等试验，
结果励磁系统无扰动。
(5)阶跃试验。
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(6)并网带负荷后的均流效果。
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说明技改后的设备均流效果良好，其智能均流技术做到了桥臂均流，可以保证均流系数大于95%。且当一个功率柜退出后，运行的功率柜之间仍可实现智能均流。
总体结论：试验合格，改造成功。
4 结语
经过这次励磁系统的改造升级后，现在使用的EXC9200 励磁系统运行良好，调节器处于自动运行方式，PSS、电压调节正常，通道切换正常，限制保护器、保护未动作，未出现因励磁系统问题造成失磁，同时整流桥、灭磁开关运行正常。且功率柜均流效果、调节器稳定性、人机界面功能等方面得到了大大的改善，综上所述，EXC9200励磁系统调节控制方便，信息处理速度快、运行稳定、噪音小、可靠性高，提高了机组自动化水平和运行人员的劳动生产率，适应了水电站向“无人值班和少人值守”的发展要求。
参考文献：
[1]《DL T 583-2006 中华人民共和国电力行业标准 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》中华人民共和国国家发展和改革委员会发布
[2]《水力发电厂技术标准汇编》第七卷下册检修与实验标准中国电力企业联合会标准化中心编中国电力出版社
[3] 《新编电气工程师实用手册》乔靖宇主编，中国水利水电出版社